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UNIST、形によって色も変わるハイブリッド炭素構造体を開発

可視光線で蛍光色の調節が可能


韓国の研究チームが溶液によって形と色が変わるハイブリッド新素材を開発した。溶媒の特性によって2次元の板上や3次元の球形に変化し、形によって蛍光特性も変わる。

UNIST(チョン・ムヨン総長)は自然科学部化学科のキム・ビョンス教授とクォン・オフン教授の共同研究チームがグラフェンに炭素ナノリングが導入された「ハイブリッド炭素構造体」を開発したと5月1日に発表した。

グラフェンなどの既存の炭素ナノ物質は光を受けると青色系列の蛍光(光の刺激を受けて特定の色を放つ現象)が見える。しかし青色の蛍光は強度が弱くセンサーや光電子素子などへの活用は難しかった。

研究チームはハイブリッド炭素の鋳造体である炭素ナノリングをグラフェンの表面に張り付けた。炭素ナノリングはクエン酸を加熱して炭化させると生ずる物質で、研究チームはクエン酸とグラフェンを同時に加熱して炭素が豊富な物質となる炭化反応でハイブリッド炭素構造体を製造した。

炭素ナノリングは他の物質と結合する分子(機能基)を持つ。これらはプロトン性溶媒(protic solvent)では陽子(H+)と容易に水素結合を果たす。この場合ハイブリッド炭素構造体は安定化した平面(2D)形態となる。

しかし陽子の提供を受けられない非プロトン性溶媒(aprotic solvent)では炭素ナノリングにある機能基同士で水素結合が起こり安定化してボール形の立体構造になる。

キム・ビョンス教授は「溶媒によって炭素ナノ物質の形状が変わることを明確に示した初の研究。今後さらにハイブリッド新素材の特性を向上させ応用分野を拡大したい」と話している。

クォン・オフン教授チームは時間分解分光法により物質の構造が変わり蛍光が調節される原理を分析した。まずプロトン性溶媒ではハイブリッド炭素構造体と溶媒の間で水素結合によるエネルギー損失が起こりオレンジ色の蛍光を示し、非プロトン性溶媒ではエネルギー損失が小さいことから緑色の蛍光を示した。

クォン教授は「開発した柔らかい新素材は溶媒との相互作用で形が変わりこれにともないエネルギー伝達のメカニズムが変化して発光特性が調節される。炭素ナノ物質の光特性を極大化し発光特性を調節する新たな可能性を提示できた」と述べた。

研究結果は材料分野の国際学術誌『Advanced Materials』に掲載された。






[2017-05-04]

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